摘要

　　骨小梁必须能够承受日常行为和受伤时引起的载荷。由于骨小梁的高度多孔性和复杂结构，并且这种多孔性和复杂结构在不同的解剖部位和不同的个人之间，差异极大，因而研究骨小梁的机械特性非常具有挑战性。虽然细观有限元分析 (μFE) 是分析骨小梁机械特性的最常用的方法，但由于这些模型的尺寸很大，迫使研究人员使用自定义代码和线性分析方法。Abaqus的非线性功能可以对这些模型进行有效分析，为重要的研究课题提供答案。

Abaqus的主要功能和优点

　　• 建立模拟骨骼组织机械特性的本构模型
　　• 轻松求解几何的和材料的非线性模型
　　• 支持并行求解

背景知识

　　骨小梁位于长骨（如股骨）的末端和立方骨（如脊骨）中，是人类骨骼中承载生物组织的主要生物组织。它的机械特性有很高的临床价值和研究价值。增进对骨小梁机械特性的了解，有助于深入研究骨骼的断裂机理，也有助于评估年龄、疾病和药物治疗的影响。骨小梁是一个充满孔洞的组织——脊骨中 85% 以上是孔洞，并有着复杂的结构，而且这两者都因不同的人和不同的解剖部位而存在很大差异（参见图 1）。因此，要用统计学的方法确定骨小梁的机械特性，就需要多个样本的机械特性数据。
　　细观有限元法 (μFE) 广泛应用于骨小梁机械特性的研究，包括在光谱水平和微结构水平两个方面的研究。这些模型是通过对骨小梁样本进行高分辨率成像得到的，样本被自动划分成元素为六面体的有限元网格（参见图 2）。网格中所有的单元都完全一样，一般尺寸在 50 微米。划分网格后，一个边长 5 毫米的立方体样本的 μFE 模型一般具有 50 万个自由度。与试验用样本（8 毫米直径和 15 毫米长）类似的骨骼样本的 μFE 模型则有几百万个自由度。